沙戈荒新能源基地运行面临的挑战及研究进展
王伟胜总工程师/教高 中国电力科学研究院有限公司 2023年10月济南 沙戈荒新能源基地运行挑战 高效消纳技术研究进展 稳定运行技术研究进展 》一、沙戈荒新能源基地运行挑战 口《“十四五”可再生能源发展规划》提出沙戈荒地区风光基地化规模化开发、中东南部分布式就近开发、东部沿海海上风电集群开发的发展模式 口2022年3月，国家发展改革委、国家能源局发布《以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地规划布局方案》，要求到2030年，规划建设大型风光基地总装机达4.55亿千瓦 口截至今年4月，第一批9705万千瓦基地项目已全面开工，项目并网工作积极推进，力争于今年年底前全部建成井网投产，第二批基地项目陆续开工建设，第三批基地项目清单已印发实施 》一、沙戈荒新能源基地运行挑战 挑战一：高效消纳与可靠供电问题 口沙戈荒新能源基地以特高压直流外送为主要消纳形式，受高比例新能源出力随机波动性强、灵活调节资源不足等因素影响，新能源与直流通道利用率难以得到保障，需要从资源特性出发，考虑消纳、经济、安全多约束，开展沙戈荒新能源基地风光配比和调节资源的协调优化配置。 》一、沙戈荒新能源基地运行挑战 挑战二：送端集中式大基地系统安全稳定问题 口随着高比例新能源接入系统，送端电网同步特性持续弱化，局部地区短路比降低，新能源并网存在宽频振荡及暂态过电压等安全稳定问题，导致新能源脱网、设备损坏、弃风弃光增加等严重后果，影响了新能源的跨区送出与消纳 沙戈荒新能源基地运行挑战 高效消纳技术研究进展 稳定运行技术研究进展 》二、高效消纳技术研究进展 1.资源精细化评估 口采用物理与统计相结合的资源模拟方法。模拟了历史30余年的风速、辐照强度网格化数据，考虑士地属性、资源储量、地形地貌等因素，评估了沙戈荒地区的风光资源技术可开发量 》二、高效消纳技术研究进展 2.新能源资源特性挖掘 口基于风光资源网格化模拟数据集，构建了风光资源空间互补特性挖掘模型，优化新能源开发布局方案在降低新能源开发成本和特高压外送工程建设成本的同时，提升新能源调控运行友好性 》二、高效消纳技术研究进展 3.新能源基地电源规划 口建立了基于8760h时序生产模拟的新能源基地电源优化配置模型，以发电清洁性或投资经济性为优化目标，考虑风/光资源特性、新能源电量占比与利用率约束、各类电源与储能调节约束、直流利用小时数与运行约束、受端电网调峰与供电需求等，实现风/光配比与储能容量的合理优化配置 》二、高效消纳技术研究进展 4.规划工具研发 口基于“新能源电力系统生产模拟平台”研发了新能源电力系统规划软件，具备新能源与常规电源、储能/火电灵活性改造/可调节负荷等灵活调节资源容量协调优化配置功能，可为政府能源主管部门、各级电网公司、发电集团、电力设计院等提供工具和技术支撑 》二、高效消纳技术研究进展 案例验证1—一送受端互联电网案例 口针对通过特高压直流互联的送-受端电网开展仿真分析，考虑新能源外送电量占比约束与直流运行等约束，以新能源与储能总投资成本最小为目标，对送端新能源与储能容量进行优化配置。 》二、高效消纳技术研究进展 案例验证1一送受端互联电网案例（续1） 口在不配置储能时，为满足直流外送最低6500h、新能源外送电量25%和50%约束，新能源装机占比需达到42%和66%，利用率分别为89.2%和77.3% 口通过配置储能回收新能源弃电，并优化新能源装机，与不配置储能相比，可分别提升新能源利用率6.5和7.6个百分点，节约总投资成本3%和7% 》二、高效消纳技术研究进展 案例验证1—送受端互联电网案例（续2） 口测算了不同储能单位容量成本下储能配置的变化情况，随着储能成本的降低，配置的储能容量和时长不断增加，在新能源外送电量占比25%情况下储能时长最大约7h，在电量占比50%场景下储能时长最大约10h。 》二、高效消纳技术研究进展 案例验证1一送受端互联电网案例（续3） 口储能在新能源大发时段充电，有效消纳了弃电，在新能源出力较低时段放电，满足用电需求， 口由于新能源装机占比较高，沙戈荒基地出力随机波动性强，直流调节次数较为频繁，全年日平均调节次数4.2次，并且每日直流送电曲线具有较为明显的差异性。 》二、高效消纳技术研究进展 案例验证2—100%新能源外送基地案例 口针对某100%新能源外送基地，给定不同的风光储容量配置方案，考虑外送通道年利用小时数和受端电网最低供电能力约束（晚峰19-21点最低400万kW），以基地全年晚峰时段供电缺口最小为目标优化电源运行，分析其供电支撑能力， 主要结论： 在不配置储能时，基地全年晚峰供电不足时段249h;通过配置储能可以有效提高晚峰供电能力，配置400万kW*2h和2.5h储能后供电不足时段数降至104h和59h由于新能源晚峰供电能力不足，为完全消除供电缺口，至少需要配置400万kW*3h的储能 》二、高效消纳技术研究进展 案例验证2一一100%新能源外送基地案例（续） 口当配置400万kW*2h储能时，全年最大供电缺口400万kW，平均供电缺口233万kW，配置400万kW*2.5h储能时，最大供电缺口降至200万kW，平均供电缺口降至126万kW 口储能在午间新能源大发时充电，消纳新能源弃电，在晚高峰无光时段放电满足供电需求， 沙戈荒新能源基地运行挑战 高效消纳技术研究进展 》三、稳定运行技术研究进展 问题认识：宽频振荡 口与常规同步电源相比，新能源发电通过电力电子装置并网，并网特性涉及到多个控制环路协调配合，控制带宽横跨5个数量级，呈现宽频特征 口依据决定每个频段阻抗特性的主导因素，将振荡频率范围划分为频段、频段、频段川Ⅲ：发现不同控制环节重叠效应引发新能源机组端口阻抗呈现负阻尼特性 》三、稳定运行技术研究进展 问题认识：暂态过电压 口新能源机组控制策略对暂态过电压具有显著影响； 口双高电力系统稳态和暂态特性强耦合，宽频振荡演变成暂态过电压，导致新能源机组连锁脱网 》三、稳定运行技术研究进展 振荡与过电压综合抑制 口提出了新能源与多送出场景全工况、分频段阻抗匹配技术，以及附加虚拟磁链的暂态过电压抑制策略 口针对暂、稳态控制目标对控制参数的要求相互制约的问题，提出了基于控制参数稳定域及灵敏度加权的控制参数优化设计方法，实现了振荡与过电压的综合抑制。 》三、稳定运行技术研究进展 试验平台：张北试验基地-低、高电压连锁故障试验装置 》三、稳定运行技术研究进展 试验平台：宽频阻抗测量装置 》三、稳定运行技术研究进展 试验平台：新能源发电数模混合实时仿真平台 口建成包含220个新能源、35个SVG机型的控制器电磁暂态模型库，覆盖国内80%以上装机规模 口开发了新能源机组结构化电磁暂态模型，实现了新能源机组的“模型与参数”入库。 》三、稳定运行技术研究进展 试验平台：新能源发电数模混合实时仿真平台（续 口提出新能源发电单元精细化建模及场站等值建模方法，搭建了新能源基地经特高压/柔性直流送端系统的实时仿真环境。能够准确复现新能源基地经特高压直流送出工程现场宽频振荡及大扰动试验，仿真精度满足工程分析需求，为大规模新能源并网安全稳定运行提供了研究平台， 》三、稳定运行技术研究进展 工程案例：宁夏光伏振荡一事故介绍 口2023年6月5日，宁夏中卫330kV华润变电站共接入3个风电场，装机容量为400MW，接入5个光伏电站，装机容量达820MW，发生31/69Hz次/超同步振荡 》三、稳定运行技术研究进展 工程案例：宁夏光伏振荡一事故分析 口基于阻抗分析方法，从8个场站，18个机型中快速、准确定位了引发系统振荡的机型；基于全电磁暂态仿真平台开展了振荡复现，验证了阻抗分析的有效性。 》三、稳定运行技术研究进展 工程案例：宁夏光伏振荡一现场实测 口通过光伏发电单元阻抗重塑控制改进，实现了光伏电站经交流送出系统次/超同步振荡抑制，通过光伏发电现场阻抗测量，验证了阻抗重塑控制策略的有效性 沙戈荒新能源基地运行挑战 高效消纳技术研究进展 稳定运行技术研究进展 结语 口建设以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地，面临了电力平衡和稳定运行两大挑战 口基于时序生产模拟技术，兼顾资源特性与清洁、经济、安全因素，对基地风光储容量配比进行合理优化配置，支撑基地的高效消纳和可靠供电 口依靠不断完善理论方法，建立试验基地和平台手段，解决了大规模新能源开网系统宽频振荡、暂态过电压等技术难题，支撑基地的安全稳定运行 谢 谢! 王伟胜 wangws@epri.sgcc.com.cn
